Modelové vrstvy OSI a protokoly v počítačové síti

Co je model OSI?

Model OSI je logický a koncepční model, který definuje síťovou komunikaci používanou systémy otevřenými propojení a komunikaci s jinými systémy. Open System Interconnection (OSI Model) také definuje logickou síť a efektivně popisuje přenos počítačových paketů pomocí různých vrstev protokolů.

Charakteristika modelu OSI

Zde jsou některé důležité vlastnosti modelu OSI:

• Vrstva by měla být vytvořena pouze tam, kde jsou potřebné určité úrovně abstrakce.
• Funkce každé vrstvy by měla být zvolena podle mezinárodně standardizovaných protokolů.
• Počet vrstev by měl být velký, aby do stejné vrstvy nebyly umístěny samostatné funkce. Zároveň by měl být dostatečně malý, aby se architektura příliš nekomplikovala.
• V modelu OSI se každá vrstva při provádění primitivních funkcí spoléhá na další nižší vrstvu. Každá úroveň by měla být schopna poskytovat služby další vyšší vrstvě
• Změny provedené v jedné vrstvě by neměly vyžadovat změny v jiných laverech.

Proč OSI Model?

• Pomáhá vám porozumět komunikaci přes síť
• Odstraňování problémů je jednodušší díky rozdělení funkcí do různých síťových vrstev.
• Pomáhá vám porozumět novým technologiím při jejich vývoji.
• Umožňuje porovnat primární funkční vztahy na různých vrstvách sítě.

Historie modelu OSI

Zde jsou základní orientační body z historie modelu OSI:

• Koncem 1970. let provedla ISO program na vývoj obecných standardů a metod vytváření sítí.
• V roce 1973 experimentální systém s přepínáním paketů ve Velké Británii identifikoval požadavek na definování protokolů vyšší úrovně.
• V roce 1983 byl model OSI původně zamýšlen jako podrobná specifikace skutečných rozhraní.
• V roce 1984 byla architektura OSI formálně přijata organizací ISO jako mezinárodní standard

7 vrstev modelu OSI

Model OSI je systém vrstvené serverové architektury, ve kterém je každá vrstva definována podle specifické funkce, kterou má vykonávat. Všech těchto sedm vrstev spolupracuje na přenosu dat z jedné vrstvy do druhé.

• Horní vrstvy: Zabývá se aplikační problematikou a většinou je implementován pouze softwarově. Nejvyšší je nejblíže koncovému uživateli systému. V této vrstvě začíná komunikace od jednoho koncového uživatele k druhému pomocí interakce mezi aplikační vrstvou. Zpracuje se až ke koncovému uživateli.
• Spodní vrstvy: Tyto vrstvy zajišťují činnosti související s přenosem dat. Fyzická vrstva a vrstvy datového spojení jsou také implementovány v softwaru a hardwaru.

Horní a Dolní vrstva dále rozděluje architekturu sítě do sedmi různých vrstev, jak je uvedeno níže

• editaci videa
• představení
• Zasedání
• DOPRAVA
• Síť, datové spojení
• Fyzické vrstvy

Pojďme si každou vrstvu podrobně prostudovat:

Fyzická vrstva

Fyzická vrstva vám pomáhá definovat elektrické a fyzické specifikace datového připojení. Tato úroveň určuje vztah mezi zařízením a fyzickým přenosovým médiem. Fyzická vrstva se nezabývá protokoly nebo jinými podobnými položkami vyšší vrstvy. Jedním příkladem technologie, která funguje na fyzické vrstvě v telekomunikacích, je PRI (Primary Rate Interface). Chcete-li se dozvědět více o PRI a jak to funguje, můžete navštívit tento informativní článek.

Příklady hardwaru ve fyzické vrstvě jsou síťové adaptéry, ethernet, opakovače, síťové rozbočovače atd.

Vrstva datového spojení

Linková vrstva opravuje chyby, které se mohou vyskytnout na fyzické vrstvě. Vrstva umožňuje definovat protokol pro navázání a ukončení spojení mezi dvěma připojenými síťovými zařízeními.

Je to vrstva srozumitelná pro IP adresy, která vám pomáhá definovat logické adresování tak, aby byl identifikován jakýkoli koncový bod.

Vrstva vám také pomáhá implementovat směrování paketů přes síť. Pomůže vám definovat nejlepší cestu, která vám umožní přenést data ze zdroje do cíle.

Vrstva datového spojení je rozdělena do dvou typů podvrstev:

1. Vrstva Media Access Control (MAC) - Je zodpovědná za řízení toho, jak zařízení v síti získá přístup k médiu a povoluje přenos dat.
2. Vrstva řízení logické linky – Tato vrstva je zodpovědná za identitu a zapouzdření protokolů síťové vrstvy a umožňuje vám najít chybu.

Důležité funkce Datalink Layer

• Rámování, které rozděluje data ze síťové vrstvy do rámců.
• Umožňuje přidat záhlaví do rámce pro definování fyzické adresy zdrojového a cílového počítače
• Přidá logické adresy odesílatele a příjemce
• Je také odpovědný za proces získávání zdrojů do cílového procesu doručení celé zprávy.
• Nabízí také systém pro kontrolu chyb, ve kterém detekuje poškození opakovaného přenosu nebo ztracené snímky.
• Datalinková vrstva také poskytuje mechanismus pro přenos dat přes nezávislé sítě, které jsou vzájemně propojeny.

Transportní vrstva

Transportní vrstva staví na síťové vrstvě a zajišťuje přenos dat z procesu na zdrojovém stroji do procesu na cílovém stroji. Je hostován pomocí jedné nebo více sítí a také zachovává kvalitu funkcí služeb.

Určuje, kolik dat se má kam posílat a jakou rychlostí. Tato vrstva staví na zprávách přijatých z aplikační vrstvy. Pomáhá zajistit, aby datové jednotky byly doručeny bezchybně a v pořadí.

Transportní vrstva vám pomáhá řídit spolehlivost spojení prostřednictvím řízení toku, řízení chyb a segmentace nebo desegmentace.

Transportní vrstva také nabízí potvrzení o úspěšném přenosu dat a odesílá další data v případě, že nedošlo k chybě. TCP je nejznámějším příkladem transportní vrstvy.

Důležité funkce transportních vrstev

• Rozdělí zprávu přijatou z vrstvy relace na segmenty a očísluje je, aby vytvořila sekvenci.
• Transportní vrstva zajišťuje, že zpráva je doručena správnému procesu na cílovém počítači.
• Také zajišťuje, že celá zpráva dorazí bez jakékoli chyby, jinak by měla být znovu odeslána.

Síťová vrstva

Síťová vrstva poskytuje funkční a procedurální prostředky pro přenos sekvencí dat s proměnlivou délkou z jednoho uzlu do druhého připojeného v „různých sítích“.

Doručování zpráv na síťové vrstvě neposkytuje žádný zaručeně spolehlivý protokol síťové vrstvy.

Protokoly pro správu vrstev, které patří do síťové vrstvy, jsou:

1. směrovací protokoly
2. správa skupin vícesměrového vysílání
3. přiřazení adresy síťové vrstvy.

Vrstva relace

Session Layer řídí dialogy mezi počítači. Pomůže vám vytvořit spouštění a ukončování spojení mezi místní a vzdálenou aplikací.

Tato vrstva požaduje logické spojení, které by mělo být vytvořeno na základě požadavku koncového uživatele. Tato vrstva se stará o všechna důležitá ověření přihlášení nebo hesla.

Vrstva relace nabízí služby jako dialogová disciplína, která může být duplexní nebo poloduplexní. Většinou se implementuje v aplikačních prostředích, která používají vzdálená volání procedur.

Důležitá funkce Session Layer

• Zakládá, udržuje a ukončuje relaci.
• Vrstva relace umožňuje dvěma systémům vstoupit do dialogu
• Umožňuje také procesu přidat kontrolní bod do steamu dat.

Prezentační vrstva

Prezentační vrstva umožňuje definovat formu, ve které se mají data vyměňovat mezi dvěma komunikujícími entitami. Pomůže vám také zvládnout kompresi dat a šifrování dat.

Tato vrstva transformuje data do podoby, která je akceptována aplikací. Také formátuje a šifruje data, která by měla být odesílána přes všechny sítě. Tato vrstva je také známá jako a syntaktická vrstva.

Funkce prezentačních vrstev

• Překlad znakového kódu z ASCII do EBCDIC.
• Komprese dat: Umožňuje snížit počet bitů, které je třeba přenést v síti.
• Šifrování dat: Pomáhá šifrovat data pro účely zabezpečení – například šifrování heslem.
• Poskytuje uživatelské rozhraní a podporu pro služby, jako je e-mail a přenos souborů.

Aplikační vrstva

Aplikační vrstva spolupracuje s aplikačním programem, což je nejvyšší úroveň modelu OSI. Aplikační vrstvou je vrstva OSI, která je nejblíže koncovému uživateli. To znamená, že aplikační vrstva OSI umožňuje uživatelům komunikovat s jinými softwarovými aplikacemi.

Aplikační vrstva spolupracuje se softwarovými aplikacemi za účelem implementace komunikující komponenty. Interpretace dat aplikačním programem je vždy mimo rámec modelu OSI.

Příkladem aplikační vrstvy je aplikace, jako je přenos souborů, e-mail, vzdálené přihlášení atd.

Funkce aplikačních vrstev jsou

• Aplikační vrstva vám pomůže identifikovat komunikační partnery, určit dostupnost zdrojů a synchronizovat komunikaci.
• Umožňuje uživatelům přihlásit se ke vzdálenému hostiteli
• Tato vrstva poskytuje různé e-mailové služby
• Tato aplikace nabízí distribuované databázové zdroje a přístup ke globálním informacím o různých objektech a službách.

Interakce mezi vrstvami modelu OSI

Informace odeslané z jedné počítačové aplikace do druhé musí projít každou z vrstev OSI.

To je vysvětleno v níže uvedeném příkladu:

• Každá vrstva v rámci modelu OSI komunikuje s dalšími dvěma vrstvami, které jsou pod ní, a její vrstevnatou vrstvou v nějakém jiném síťovém výpočetním systému.
• Na níže uvedeném diagramu můžete vidět, že spojová vrstva prvního systému komunikuje se dvěma vrstvami, síťovou vrstvou a fyzickou vrstvou systému. Pomáhá vám také komunikovat s vrstvou datového spojení druhého systému.

Protokoly podporované na různých úrovních

vrstva	Jméno	protokoly
Vrstva 7	editaci videa	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Vrstva 6	představení	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Vrstva 5	Zasedání	NetBIOS, SAP
Vrstva 4	DOPRAVA	TCP, UDP
Vrstva 3	Síť	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Vrstva 2	Datové spojení	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, Fiber Cable atd.
Vrstva 1	Fyzický	RS232, 100BaseTX, ISDN, 11.

Rozdíly mezi OSI a TCP/IP

Zde jsou některé důležité rozdíly mezi modelem OSI a TCP/IP:

Model OSI	TCP/IP model
Model OSI poskytuje jasný rozdíl mezi rozhraními, službami a protokoly.	TCP/IP nenabízí žádné jasné rozlišovací body mezi službami, rozhraními a protokoly.
OSI používá síťovou vrstvu k definování směrovacích standardů a protokolů.	TCP/IP využívá pouze internetovou vrstvu.
Model OSI používá k definování funkčnosti spodních vrstev dvě samostatné vrstvy fyzické a datové propojení	TCP/IP používá pouze jednu vrstvu (link).
OSI model, transportní vrstva je orientována pouze na spojení.	Vrstva TCP/IP model je orientovaný na připojení i bez připojení.
V modelu OSI jsou vrstva datového spojení a fyzická vrstva samostatné vrstvy.	V TCP datové spojové vrstvě a fyzické vrstvě jsou kombinovány jako jediná vrstva mezi hostitelem a sítí.
Minimální velikost záhlaví OSI je 5 bajtů.	Minimální velikost záhlaví je 20 bajtů.

Výhody modelu OSI

Zde jsou hlavní výhody/klady používání modelu OSI:

• Pomůže vám standardizovat router, switch, základní desku a další hardware
• Snižuje složitost a standardizuje rozhraní
• Usnadňuje modulární inženýrství
• Pomáhá vám zajistit interoperabilní technologii
• Pomáhá urychlit vývoj
• Protokoly mohou být nahrazeny novými protokoly, když se technologie změní.
• Poskytujte podporu pro služby orientované na připojení i služby bez připojení.
• Jedná se o standardní model v počítačových sítích.
• Podporuje služby bez připojení a orientované na připojení.
• Nabízí flexibilitu pro přizpůsobení různým typům protokolů

Nevýhody modelu OSI

Zde jsou některé nevýhody/nevýhody používání modelu OSI:

• Seřizování protokolů je únavný úkol.
• Můžete jej použít pouze jako referenční model.
• Nedefinuje žádný konkrétní protokol.
• V modelu síťové vrstvy OSI jsou některé služby duplikovány v mnoha vrstvách, jako jsou transportní a datové spojové vrstvy
• Vrstvy nemohou pracovat paralelně, protože každá vrstva musí čekat na získání dat z předchozí vrstvy.

Shrnutí

• Model OSI je logický a koncepční model, který definuje síťovou komunikaci, kterou používají systémy otevřené pro propojení a komunikaci s jinými systémy.
• V modelu OSI by měla být vrstva vytvořena pouze tam, kde jsou potřebné určité úrovně abstrakce.
• Vrstva OSI vám pomůže porozumět komunikaci po síti
• V roce 1984 byla architektura OSI formálně přijata organizací ISO jako mezinárodní standard

vrstva	Jméno	funkce	protokoly
Vrstva 7	editaci videa	Povolit přístup k síťovým zdrojům.	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Vrstva 6	představení	K překladu, šifrování a komprimaci dat.	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Vrstva 5	Zasedání	K vytvoření, správě a ukončení relace	NetBIOS, SAP
Vrstva 4	DOPRAVA	Transportní vrstva staví na síťové vrstvě a zajišťuje přenos dat z procesu na zdrojovém stroji do procesu na cílovém stroji.	TCP, UDP
Vrstva 3	Síť	Poskytovat internetovou práci. Pro přesun paketů ze zdroje do cíle	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Vrstva 2	Datové spojení	Uspořádat bity do rámečků. Poskytovat doručování po hop-to-hop	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, Fiber Cable atd.
Vrstva 1	Fyzický	Pro přenos bitů přes médium. Poskytnout mechanické a elektrické specifikace	RS232, 100BaseTX, ISDN, 11.